光伏发电系统最大功率研究

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1、光伏发电系统最大功率研究摘要：采用单片机控制系统实现最大功率点跟踪(MPPT),着重对最大功率跟踪控制中DC2DC变换器的原理和控制方法进行了研究和实验，采用了升降压式(Buck2Boost)DC2DC转换电路［3］来实现最大功率点跟踪。该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活，明显提高了太阳电池充电系统的整机效率。引言光伏发电具有资源丰富、无污染、无噪音、维护简单的特点，应用范围十分广泛，但是太阳电池的造价偏高，转换效率还比较低，利用最大功率点跟踪技术提高对太阳能的利用率,进一步降低光伏系统发电成本是推动光伏应用的有效途径之一。1•太阳电池输出特性及跟踪原理光伏发电系统中太阳电池直接将太阳

2、能转变成电能，太阳电池的输出由多种因素决定,如日照情况、温度等，在不同的环境中，太阳电池的输出曲线是不同的，相应的最大功率点也不同.日照越强，太阳电池能够输出的功率也就越大，而温度刚好相反，太阳电池本身温度越高，太阳电池能够输出的功率越小。其特性曲线见下图：00,10.20.30.40.50.60.70.80.9太阳电1*输出电压（X开路电压〉1987654321O.O.6666666»悴m・«tfK-K19876543216O.6O.仇66O.6《出“废験X)出，B・«tffi4<0.10.20.30.40<50.60.70.80.9木阳电池■岀电压（X开路电压〉»侏£・«tfK+((a)

3、⑹■*■■■■■■•**■■■■从图中可以看出，太阳电池是一种非线性直流电源，最大功率点随着日照情况和温度的变化而变化•每条曲线都存在一个最大功率点，这个功率点对应唯一的电池输出电压。因此,若想尽可能多的利用太阳能，通过调节太阳电池的输出电压使其趋近最大功率点就可以实现最大功率点的跟踪。2•最大功率点的跟踪控制方法用DC2DC变换器可以实现最大功率点的跟踪。DC2DC转换电路(也称为斩波电路或斩波器)是接在直流电源和负载之间，通过控制电压将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。它被广泛应用于直流开关电源、逆变系统、通信领域、地铁、无轨电车等直流电动机的驱动设备中。图2升降压DC-D

4、C转换器原理图从工作方式的角度,DC2DC转换电路可分为升压、降压、升降压和丘克四种，其中升压式和降压式电路是基本的类型，后面二者可以从前面二者派生出来，而降压、升压和升降压式DC2DC转换电路是比较常用的类型。在实际使用中用DC2DC变换器实现最大功率跟踪有不同的方法，如控制谐振频率的谐振法、控制DC2DC变换器中开关管输入脉冲的占空比等方法•谐振法是利用开关型电压逆变器的输出电压，通过电感L、电容C产生谐振,L上的电压再通过变压器和桥式整流向蓄电池充电。该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流，实现最大功率点跟踪，但线路较复杂，需用中间变压器.而我们设计将DC2DC变换器接入太阳电

5、池的输入回路，并对DC2DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算，由单片机输出PWM脉冲调节DC2DC转换器内部开关管的占空比来控制太阳电池的输出电流，从而使蓄电池电压保持恒定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳电池输出。由于采用了升降压式(Buck2Boost)DC2DC转换电路［3］来实现最大功率点跟踪，所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活。3.升降压式(Buck-Boost)DC-DC变换电路升降压式DC2DC转换电路原理如图2下图为Q1处于导通和截止状态时的等效原理图•图3⑴开关导通时的等效原理图；(b)开关截止时的等效原理图在开关处于导通状态时，电源

6、给电感充电，L上的电流逐渐增大；在开关截止时，电感放电,L上的电流逐渐减少。4.DC-DC转换电路的系统功能实现实际DC-DCWa电路图4实际DC-DC转换电路等效图根据上面的介绍，可以看出：限制蓄电池充电电压范围非常方便，只要根据输入电压,通过调节开关的占空比就可以完成・。对于固定的外界条件，太阳电池的输出12V曲线是固定的。相对于不同的工作点，太阳电池有不同的输出换句话说，只要能够调节外电路的等效电阻，就可以实现对太阳电池输出的调节。将实际的DC2DC转换电路等效为串联着一个等效电阻的理想DC2DC转换电路,并将后接电路的电阻等效为RO,如下图.假设转换电路的效率为G,理想DC2DC转换

7、电路的输出电压比输入电压为K。由于电容不影响直流工作情况，因此转换电路的等效电阻Req认为是电路中电感、开关和二极管的等效电阻RLeq、RS旳、RDeq之和。其中，IS为场效应管导通时通过场效应管的电流,KS为一个比例因数,VOFF为场效应管截止时源漏两端的电压为场效应管开启时间和关断时间之和,TS为场效应管的工作周期，Rd为二极管的等效正向电阻,ID为二极管导通时的正向电流.从上中可以看出，电路中电感、开关